MITのエンジニアがバッテリーを構築

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科学者らは、地球の海の95パーセント以上が観測されたことがないと推定しています。これは、私たちが地球の海を見てきたことが、月の裏側や火星の表面よりも少ないことを意味します。

水中カメラを調査船に繋いだり、バッテリーを充電するために船を派遣したりすることで、水中カメラに長期間電力を供給するにはコストが高くつくため、広範な海底探査を妨げる大きな課題となっています。

MITの研究者らは、他の海中カメラよりもエネルギー効率が約10万倍高いバッテリー不要のワイヤレス水中カメラを開発することで、この問題を克服するための大きな一歩を踏み出した。 暗い水中環境でもカラー写真を撮影でき、水中を介して画像データを無線送信します。

自律カメラは音声を動力源としています。 水の中を伝わる音波からの機械エネルギーを電気エネルギーに変換し、画像処理装置や通信装置に電力を供給します。 画像データをキャプチャしてエンコードした後、カメラは音波を使用して画像を再構成する受信機にデータを送信します。

電源を必要としないため、カメラは回収前に数週間連続で稼働し、科学者が海洋の遠隔地で新種を探すことができるようになります。 また、海洋汚染の画像を撮影したり、養殖場で飼育されている魚の健康状態や成長を監視したりするためにも使用できる可能性があります。

「私個人にとってこのカメラの最もエキサイティングな用途の 1 つは、気候監視の分野です。 私たちは気候モデルを構築していますが、海洋の 95% 以上のデータが欠落しています。 このテクノロジーは、より正確な気候モデルを構築し、気候変動が水中世界にどのような影響を与えるかをより深く理解するのに役立つ可能性があります」と、電気工学およびコンピューターサイエンス学科の准教授であり、MITメディアラボのシグナルキネティクスグループディレクターであるファデル・アディブ氏は述べています。システムに関する新しい論文の上級著者でもあります。

この論文には、共同筆頭著者でシグナルキネティクスグループの研究助手であるサイード・サード・アフザル氏、ワリード・アクバル氏、オスビー・ロドリゲス氏、研究科学者のウンス・ハ氏、元グループ研究者のマリオ・ドゥメ氏とレザー・ガファリヴァルダヴァー氏がアディブ氏に加わっている。 この論文は本日 Nature Communications に掲載されました。

バッテリーレス化へ

長期間自律的に動作できるカメラを構築するために、研究者らは、消費電力を非常に少なくしながら、水中で単独でエネルギーを収集できるデバイスを必要としていました。

カメラは、外部に配置された圧電材料で作られたトランスデューサーを使用してエネルギーを取得します。 圧電材料は、機械的な力が加えられると電気信号を生成します。 水中を伝わる音波がトランスデューサーに当たると振動し、その機械エネルギーが電気エネルギーに変換されます。

これらの音波は、通過する船や海洋生物など、あらゆる発生源から発生する可能性があります。 カメラは、写真を撮ったりデータを通信したりする電子機器に電力を供給するのに十分な量が蓄積されるまで、収集したエネルギーを蓄えます。

消費電力を可能な限り低く抑えるために、研究者らは既製の超低電力イメージング センサーを使用しました。 ただし、これらのセンサーはグレースケール画像のみをキャプチャします。 また、ほとんどの水中環境には光源がないため、低出力のフラッシュも開発する必要がありました。

「私たちはハードウェアをできる限り最小限に抑えようとしていましたが、そのためシステムの構築、情報の送信、画像再構成の実行方法に新たな制約が生じました。 これを行う方法を見つけるには、かなりの創造力が必要でした」とアディブ氏は言います。